1.2　国际主流通用有限元软件

1.2.1　NASTRAN

1966年，美国航空航天局（NASA，National Aeronautics and Space Administration）为满足阿波罗登月项目对结构分析的迫切需要，美国政府组织开发了第一个工程实用的结构分析软件NASTRAN（NASA Structurla Analysis），用于计算不具有可试验性的飞行器结构。

2001年，NASA通过Open Channel Software有偿向公众发布了包含NASTRAN源代码的“NASA Classics”软件包。由此，商业NASTRAN版本有MacNeal-Schwendler Corporation（MSC）软件公司的MSC NASTRAN、Noran Engineering，Inc.（NEi）软件公司的NEiNASTRAN和UGS软件公司的NX NASTRAN。MSCNASTRAN模型如图1-7所示。

2006年，西门子公司从私募股权公司手中收购了UGS软件公司，获得了NX NASTRAN的商业版权，UGS更名为Siemens PLM Software。而后，Siemens PLM Software又更名为Siemens Digital Industries Software。2014年，AUTODESK公司收购了NEi软件公司，获得了NEiNASTRAN的商业版权。

1.2.2　ANSYS

20世纪60年代，美国Westinghouse Astronuclear Laboratory的John Swanson初步构思了ANSYS。彼时，工程师主要通过手算完成有限元计算。鉴于此，John Swanson提出建立一套能够自动进行有限元计算的通用工程软件，可惜被Westinghouse Astronuclear Laboratory拒绝了。1969年，John Swanson离开Westinghouse Astronuclear Laboratory，并在1970年创建了以Swanson Analysis SystemsInc.（SASI）命名的软件ANSYS。1994年，SASI公司更名为ANSYS。

自1999年开始，ANSYS大量收购其他软件公司，使得ANSYS发展成为适用于不同物理场，分析不同问题的综合性有限元软件。如：2000年收购ICEM CFD Engineering，用于加强ANSYS的网格划分功能；2003年收购CFX，2006年收购FluentInc.，用于加强ANSYS的流体动力模拟功能；2008年收购Ansoft Corporation，用于加强ANSYS的电子设计功能；2014年收购SpaceClaim，用于加强ANSYS的3D建模功能；2017年收购3DSIM，用于加强ANSYS的3D打印模拟功能；2018年收购OPTIS，用于加强ANSYS的光学模拟功能；2019年收购Granta Design、Helic、DfRSolution、LSTC、Dynardo，以及2020年收购Lumerical，用于发展其光子模拟功能。ANSYS模型如图1-8所示。

1.2.3　LS-DYNA

LS-DYNA脱胎于3D有限元程序DYNA3D。1976年，美国Lawrence Livermore NationalLaboratory（LLNL）的Hallquist博士开发了DYNA3D，主要用于模拟Full Fusing Option（FUFO）核弹低空释放后的冲击（冲击速度约40m/s）作用。虽然，FUFO核弹最终被取消，但是DYNA3D得以继续发展。DYNA3D是一款采用显式时间积分方法求解非线性动力问题的有限元软件，一开始主要用于结构受不同类型冲击作用下的应力分析。

1978年，在法国要求下，DYNA3D源代码被无限制的公之于众，成为开源代码。1979年，DYNA3D改进版本被应用于CRAY-1超级计算机。1982年，发布了新增功能的改进版本。1984年以前，DYNA3D的开发者只有Hallquist博士一人，直到DavidJ.Benson的加入。1988年，Livermore Software Technology Corporation（LSTC）成立，DYNA3D被更名为LS-DYNA3D（后来，简称LS-DYNA）。LS-DYNA模型如图1-9所示。2019年，LSTC被ANSYS收购，如1.2.2节所述。

LS-DYNA的基本操作，参见附录3。

1.2.4　ABAQUS

1978年，David Hibbitt博士、Bengt Karlsson博士以及Paul Sorensen博士联合创建了Hibbitt，Karlsson&Sorensen，Inc.（HKS）公司。后来，公司更名为ABAQUS Inc.。2005年，ABAQUSInc.被Dassault Systèmes收购，成为Dassault Systèmes Simulia Corp.的一部分，并与其他软件组合为SIMULIA。ABAQUS名称及其标志都源于ABACUS（算盘），读者不妨对照一下。ABAQUS模型如图1-10所示。

这里，再介绍下Dassault Systèmes公司。目前，Dassault Systèmes公司是欧洲第二大软件公司。2000年前，Dassault Systèmes公司主要业务为3D设计软件，比如：CATIA、SOLIDWORKS等。2000年至2010年，Dassault Systèmes公司通过收购，形成了新的品牌分支，比如：DELMIA用于制造和全球运营；SIMULIA用于现实模拟等。2012年，Dassault Systèmes公司组合产品，发布了数字产品创新平台3DEXPERIENCE。

ABAQUS的基本操作，参见附录2。

1.2.5　COMSOL Multiphysics

1986年，Svante Littmarck和Farhad Saeidi在瑞典斯德哥尔摩创建了COMSOL公司。1998年，COMSOL公司发布FEMLAB软件（COMSOL Multiphysics1.0版本）。2005年，发布FEMLAB3.2版本，新增CAD导入模块，同时将FEMLAB正式更名为COMSOL Multiphysics。2006年，发布3.3版本，新增优化模块等。2010年，发布了多个版本，新增电池与燃料电池模块等模块，以及LiveLink for MATLAB等功能。而后10年，COMSOL又陆续新增了岩土力学模块、非线性结构材料模块、多体动力学模块等模块。其中，App开发器和COMSOL Complier是两个里程碑式的产品。2014年，发布的5.0版本包含了App开发器。同时，发布了COMSOL Server，用于分发、管理和运行App。2018年，发布COMSOL Compiler，用于编译并创建可独立执行App的软件工具。

COMSOL Multiphysics模型如图1-11所示。COMSOL Multiphysics的基本操作，参见附录4。